以人为中心的设计方法的挑战与机遇：以开发辅助设备为例，帮助视力障碍者导航

《JMIR Rehabilitation and Assistive Technologies》：Challenges and Opportunities of the Human-Centered Design Approach: Case Study Development of an Assistive Device for the Navigation of Persons With Visual Impairment

人类为中心的设计在哥伦比亚视觉障碍者导航辅助技术开发中的应用及挑战。研究基于ISO 9241-210标准，通过混合方法用户研究开发原型，发现法规限制和用户深度参与不足是主要障碍，但原型在成本、隐蔽性、障碍检测等方面取得突破。

　　### 视觉障碍者的自主导航与技术发展的挑战

视觉障碍（VI）对个体的生活质量产生深远影响，尤其是在自主步行导航方面。由于缺乏有效的辅助技术（AT），视觉障碍者在独立行动中面临诸多挑战，包括对环境的不熟悉、导航过程中的不确定性以及由此引发的挫败感和安全风险。这种限制不仅影响他们的日常生活，还可能导致自信心下降和社会参与度降低，进一步加剧了他们的身体和心理负担。全球范围内，大约有10亿人患有某种形式的残疾，其中80%生活在低收入和中等收入国家（LMICs）。视觉障碍者是这一群体的重要组成部分，他们往往面临更加严峻的挑战，因为许多辅助技术的设计并未充分考虑他们的实际需求和使用环境。

在哥伦比亚，作为本研究的试点国家，约有200万人患有不同程度的视觉障碍。然而，仅有不到10%的需要辅助设备的人群能够获得相应的技术支持。这种技术获取的不平等现象在许多LMICs中普遍存在，主要源于产品设计缺乏对用户需求、本地条件和环境限制的深入了解。此外，高昂的成本、缺乏本地制造能力以及维护费用等因素，也限制了视觉障碍者对辅助技术的可及性。因此，针对视觉障碍者的辅助技术开发需要在设计阶段就充分考虑这些现实问题，以确保技术的实用性、可持续性和社会接受度。

### 人本设计（HCD）在辅助技术开发中的潜力

为了解决上述问题，本研究采用国际标准化组织（ISO）9241-210:2019标准中提出的人本设计（HCD）原则，开发了一款面向视觉障碍者的导航辅助设备。HCD强调以用户为中心的设计理念，即在产品设计过程中充分考虑用户的需求、行为和使用环境，从而确保最终产品能够真正满足他们的实际需求。然而，尽管HCD在理论上具有显著优势，但在实际应用中仍面临诸多挑战，特别是在LMICs的背景下。

本研究的初步成果表明，HCD方法在辅助技术开发中具有可行性，但也暴露出一些关键限制。例如，开发过程中，由于伦理审查和法规方面的限制，研究团队无法在设计初期就与最终用户进行充分互动。伦理委员会通常要求研究人员提交完整且最终的方案，这使得设计过程中缺乏必要的灵活性和迭代性。此外，现有的ISO标准虽然为HCD提供了一个框架，但在具体实施过程中，特别是在涉及机械电子系统时，缺乏足够的技术指导，导致实际开发过程中需要额外的规范和方法。

尽管如此，本研究的原型设备在多个方面取得了显著进展。它满足了用户对设备价格、续航能力和在无互联网环境下自主运行的需求，同时在人体工学、隐蔽性和障碍物检测等方面也有所提升。这些改进表明，HCD可以为视觉障碍者提供更加贴合实际需求的解决方案，但要实现其全部潜力，仍需克服法律和方法上的障碍。

### 技术实现与用户反馈

在技术实现方面，研究团队采用了多种传感器和计算平台，以确保设备在不同环境下都能有效运行。例如，设备使用了ZED Mini立体相机和惯性测量单元（IMU），以获取更精确的环境数据。这些数据通过Jetson Nano计算单元进行处理，从而实现障碍物检测和分类。此外，设备还结合了骨传导耳机，以确保用户在接收导航信息的同时，仍然能够听到周围的环境声音，从而提高安全性。

在用户反馈方面，研究团队通过多种方式收集了用户的意见。例如，通过“巫师奥兹”测试（Wizard of Oz Test），研究人员模拟了设备的工作流程，让用户在无实际硬件的情况下进行测试。测试结果显示，用户对设备的指令反馈机制逐渐适应，并在后续的使用中表现出更高的信心。此外，用户对设备的外观和隐蔽性也有较高的要求，特别是在社会和文化背景下，他们希望设备不会引起不必要的关注或被他人视为“与众不同”。

在设备的评估阶段，研究团队邀请了20名用户进行测试，以验证设备的功能和用户体验。测试包括障碍物识别、避障和局部导航等任务。结果显示，设备在障碍物识别和避障方面表现良好，平均识别准确率为91%，碰撞风险较低。用户普遍对设备的舒适度和隐蔽性表示满意，尤其是在佩戴设备时，不会影响他们的日常活动和身体自由。然而，仍有改进空间，例如减少设备的体积和重量，优化其外观设计，以及增强其隐蔽性。

### 研究方法与伦理考量

本研究采用了一种混合方法，结合了文献综述、内部专业知识和非正式研究互动，以构建一个符合伦理审查要求的原型设计。由于伦理委员会要求完整的研究方案，研究团队在设计初期无法直接与用户互动，因此不得不在缺乏实际用户反馈的情况下进行初步设计。然而，一旦获得伦理批准，研究团队便进入了一个正式的用户参与阶段，包括对低保真原型的反馈收集和“巫师奥兹”测试的实施。

此外，研究团队还与残疾人组织（DPOs）合作，以确保设备的设计符合当地用户的需求和文化背景。这种合作不仅有助于收集用户反馈，还能够促进设备在不同社会环境中的适应性。然而，伦理审查和法规要求在实际操作中带来了诸多挑战，例如需要提交多个不同机构的伦理申请，每个机构都有其独特的流程和法律框架。这种复杂性限制了用户在整个设计过程中的深度参与，也使得HCD方法的应用变得困难。

### 未来方向与改进策略

尽管本研究的原型设备在多个方面取得了进展，但仍有许多改进空间。首先，设备的体积和重量仍需进一步优化，以提高其舒适度和实用性。其次，设备的外观设计和隐蔽性应更加符合用户的需求，特别是在社会和文化敏感的环境中。此外，设备还需要具备更多的功能，例如货币识别和坑洼预警，以更好地满足用户的实际需求。

未来的研究将重点放在设备的进一步优化和测试上。例如，研究团队计划在哥伦比亚的不同城市进行测试，以评估设备在不同环境下的适应性。此外，他们还希望将设备推广到其他国家和地区，以确保其在不同社会背景下的适用性。为了实现这一目标，研究团队还需要进一步完善伦理审查和法规框架，以确保用户能够在设计过程中安全、有效地参与。

### 多学科合作的重要性

本研究的成功不仅依赖于技术的创新，还依赖于多学科团队的紧密合作。研究团队由来自哥伦比亚和瑞士的科学家、工程师和人文学者组成，他们在设备的设计、开发和测试过程中各司其职。这种跨学科的合作模式有助于整合不同领域的知识，从而开发出更加全面和有效的解决方案。然而，多学科合作也带来了挑战，例如不同学科之间的研究方法和科学范式可能存在冲突，导致在项目执行过程中需要更多的协调和妥协。

为了确保多学科合作的有效性，研究团队采用了一种结构化的工作计划，以协调不同学科之间的研究目标和方法。这种模式不仅提高了项目的执行效率，还增强了团队成员之间的沟通和协作。此外，研究团队还强调了知识的交叉融合，即通过不同学科之间的相互学习和借鉴，开发出更具创新性和实用性的辅助技术。

### 用户反馈与设计优化

在用户反馈和设计优化方面，研究团队通过多种方式进行数据收集和分析。例如，他们使用了主题分析方法，对用户访谈和焦点小组讨论的内容进行深入解读。这种方法不仅有助于识别用户的主要需求和期望，还能够揭示一些隐藏的问题，例如用户对设备的隐私担忧和对技术依赖性的恐惧。这些反馈为设备的进一步优化提供了重要依据。

此外，研究团队还通过问卷调查和用户测试，评估了设备在不同使用场景下的表现。例如，他们调查了用户对设备的舒适度、隐蔽性和功能性的满意度。结果显示，用户普遍对设备的外观和隐蔽性表示满意，但对设备的体积和重量仍有改进要求。这些反馈将指导未来的设计优化工作，以确保设备能够更好地满足用户的需求。

### 伦理与法律挑战

伦理和法律挑战是本研究过程中遇到的另一个重要问题。由于伦理委员会要求完整的研究方案，研究团队在设计初期无法直接与用户互动，这限制了HCD方法的灵活性和迭代性。此外，法律框架的不完善也使得设备的开发和推广面临诸多障碍。例如，设备需要符合当地的法规要求，包括安全性、隐私保护和数据处理等方面。

为了克服这些挑战，研究团队采取了多种策略。例如，他们通过与当地残疾人组织和相关机构的合作，确保设备的设计符合当地的法律和文化背景。此外，他们还通过详细的伦理审查流程，确保设备的开发过程符合国际标准。然而，这些流程仍然存在一定的限制，特别是在跨国项目中，不同国家的法律和伦理要求可能差异较大，导致研究过程变得复杂和耗时。

### 结论与展望

综上所述，本研究展示了HCD方法在辅助技术开发中的潜力，特别是在视觉障碍者群体中。尽管在实际应用中遇到了诸多挑战，包括伦理审查和法律框架的限制，但原型设备在多个方面取得了显著进展，表明HCD可以为视觉障碍者提供更加贴合实际需求的解决方案。然而，要实现HCD方法的全部潜力，仍需在法律和方法论上进行改进。

未来的研究应进一步探索如何将HCD方法与实际技术开发相结合，以确保设备的实用性和可持续性。此外，还需要加强多学科合作，以整合不同领域的知识和资源，从而开发出更加全面和有效的辅助技术。通过持续的用户参与和迭代设计，研究团队希望能够为视觉障碍者提供更加先进的导航解决方案，特别是在低收入和中等收入国家的背景下。